本發(fā)明涉及工業(yè)窯爐高壓供電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化和自動化窯爐燃燒生產(chǎn)對窯爐供電的連續(xù)性、可靠性和安全性提出了更高的要求，特別是向窯爐主通風(fēng)機(jī)供電的高壓供電線路，其供電連續(xù)性直接影響窯爐的安全生產(chǎn)。窯爐燃燒生產(chǎn)所用高壓配電裝置內(nèi)的隔離開關(guān)，是高壓供電系統(tǒng)的重要組成部分，起到隔開或接通高壓線路的作用，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到終端負(fù)荷供電的穩(wěn)定性。窯爐燃燒生產(chǎn)用高壓配電隔離開關(guān)常因機(jī)構(gòu)銹蝕、觸頭磨損或氧化、操作拉弧、過負(fù)荷等因素導(dǎo)致觸頭接觸電阻增加、溫度升高，最終超過觸頭極限溫度造成電氣設(shè)備的損壞或引發(fā)火災(zāi)等重大事故。因此，研究和開發(fā)窯爐燃燒生產(chǎn)用高壓配電裝置運(yùn)行狀態(tài)實時在線監(jiān)測系統(tǒng)對保障窯爐供電安全具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。

窯爐燃燒生產(chǎn)用高壓配電隔離開關(guān)的可靠性與其觸頭接觸電阻、通過電流密切相關(guān)。長期以來，高壓隔離開關(guān)狀態(tài)的判斷都是通過定期停電檢修實現(xiàn)的。由于隔離開關(guān)觸指壓力與接觸電阻相關(guān)，四川電力試驗研究院的研究人員提出公開號為cn101231199a的“戶外高壓隔離開關(guān)觸指壓力測試儀”，該發(fā)明專利利用柔性薄膜壓力傳感器和動觸頭模擬調(diào)節(jié)器，通過模擬高壓隔離開關(guān)的靜觸指寬度和動觸頭插入位置間接測量觸指壓力，但是該測試儀需要工作人員現(xiàn)場手工操作，且只能在斷電時進(jìn)行測量，不能反映運(yùn)行中不確定因素對觸指壓力的影響。目前有關(guān)電氣設(shè)備接觸電阻測量也均是離線進(jìn)行，專利公開號為cn101793933a的“電連接器接觸電阻在線測量系統(tǒng)”，其所謂在線測量只是通過模擬電連接器工作環(huán)境中各種應(yīng)力對其接觸電阻的影響，并沒實現(xiàn)帶載情況下接觸電阻的測量。上述兩種離線測量系統(tǒng)在突發(fā)事故時均無法及時預(yù)警。太原理工大學(xué)的李中祥碩士和宋建成教授在《高電壓技術(shù)》2009年第2期題為“高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研制”及專利公開號為cn101614591a的“一種用于高壓隔離開關(guān)觸頭的溫度監(jiān)測裝置”中提出了一種在線監(jiān)測裝置，該裝置僅僅監(jiān)測隔離開關(guān)觸頭溫度，沒有監(jiān)測通過電流，不能反映溫度隨電流的變化趨勢，小電流時缺陷處的發(fā)熱易被忽略，即單純的溫度監(jiān)測系統(tǒng)無法識別小電流動情況下接觸電阻增大的趨勢，但實際上接觸電阻是導(dǎo)致隔離開關(guān)故障的首要因素，也未監(jiān)測隔離開關(guān)觸頭的燃燒狀態(tài)，不能判別動靜觸頭接觸緊密與否，從而無法全面掌握故障發(fā)生的狀態(tài)信息。

由于單一參量監(jiān)測系統(tǒng)無法全面掌握故障發(fā)生時的狀態(tài)信息，也無法為檢修提供有力支持。因此，要想解決窯爐高壓線路供電安全問題，迫切需要研究一種帶載情況下隔離開關(guān)狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置，并實時監(jiān)測運(yùn)行中隔離開關(guān)的溫度、電流和振動變化，根據(jù)物理量變化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，提前預(yù)警，防止重大事故的發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種解決隔離開關(guān)觸頭溫度、流過電流和燃燒變化的狀態(tài)在線監(jiān)測問題，克服目前隔離開關(guān)斷電檢測及單一監(jiān)測參量無法提供全面故障信息的問題的窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計一種窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個電流互感器、三個燃燒工況傳感器、三個紅外溫度傳感器、電流信號調(diào)理模塊、燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、頻率跟蹤模塊、微處理器模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通信模塊、顯示模塊；每相電流互感器通過兩條信號線與電流信號調(diào)理模塊相連，燃燒工況傳感器通過單路信號線與燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊相連，電流信號調(diào)理模塊和紅外溫度傳感器通過單總線與數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端口相連，頻率跟蹤模塊輸入端與電流信號調(diào)理模塊的任一輸出端口相連，頻率跟蹤模塊輸出端口與微處理器模塊的輸入端口相連，燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通信模塊、顯示模塊分別與微處理器模塊的ad口、數(shù)據(jù)線、地址線和控制線、gpio口及異步串行接口相連；所述的電流調(diào)理模塊一側(cè)與電流互感器相連，經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換、濾波后送至數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端；所述的頻率跟蹤模塊的輸入端與電流信號調(diào)理模塊任一輸出端相連，經(jīng)鎖相環(huán)和分頻器實現(xiàn)采樣信號的頻率跟蹤和同步采樣。

所述的電流調(diào)理模塊一側(cè)與電流互感器相連，經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換(u4a、r2、r3、c0)、濾波(r4、r5、c21、c22、u5a)后送至數(shù)據(jù)采集模塊u3的輸入端。

所述的頻率跟蹤模塊的輸入端與電流信號調(diào)理模塊任一輸出端相連，經(jīng)鎖相環(huán)u6和分頻器u7實現(xiàn)采樣信號的頻率跟蹤和同步采樣。

所述的燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊將燃燒狀態(tài)信號經(jīng)過由運(yùn)算放大器組成的電平轉(zhuǎn)換電路(u8a、r11、r12、r13、r14)、電平提升電路(u9a、r15、r16、r17、r18、r19)和低通濾波電路(u10a、r20、r21、c25、c26)送至微處理器模塊的ad轉(zhuǎn)換口。

所述的數(shù)據(jù)采集模塊是a/d轉(zhuǎn)換器u3，其三個輸入端口與紅外溫度傳感器直接相連，另外三個輸入端口分別與電流信號調(diào)理模塊的輸出端口相連接，數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端口、地址端口和控制端口分別通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與微處理器模塊u1相連接。

所述的微處理器模塊是微處理器u1，外接晶振y1、復(fù)位電路、電源，且固化了隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測程序。

所述的數(shù)據(jù)存儲模塊是存儲芯片u2，其地址端口、數(shù)據(jù)端口和控制端口分別通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與微處理器u1的地址端口、數(shù)據(jù)端口和控制端口相連接。

所述的通信模塊為無線通信模塊，一端與3.3v電源連接，一端與微處理器模塊u1的gpiob0-gpiob3口相連接，用于與遠(yuǎn)端計算機(jī)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交換。

所述的顯示模塊是液晶顯示屏，通過rs-485電平轉(zhuǎn)換芯片u12與微處理器u1的異步串行接口相連接。

在所述系統(tǒng)還設(shè)有工業(yè)窯爐用的燒嘴磚，所述燒嘴磚包括金屬底座、耐火內(nèi)膽和保護(hù)套；金屬底座與耐火內(nèi)膽相連，金屬底座上有放置燒嘴槍的燒嘴槍入口，以及安放火花塞的火花塞接嘴；保護(hù)套套在耐火內(nèi)膽外側(cè)，所述的金屬底座包含如下重量份數(shù)的組份：鉻15～30份，鉬15～30份，鎳1530份，鎢3～7份，錳30～45份；所述的耐火內(nèi)膽由如下重量份數(shù)的組份組成：莫來石25～35份，硅3～8份，氧化鋁20～40份，剛玉粉20～30份，耐高溫水泥5～10份；所述的保護(hù)套材料為莫來石；所述耐火內(nèi)膽和保護(hù)套之間有耐火纖維紙。

所述的金屬底座優(yōu)選包含如下重量份數(shù)的組份：鉻20份，鉬15份，鎳20份，鎢5份，錳40份。

所述的耐火內(nèi)膽優(yōu)選包含如下重量份數(shù)的組份：莫來石40份，硅4份，氧化鋁25份，剛玉粉25份，耐高溫水泥6份。

上述耐高溫水泥為氧化鋁水泥、純鋁酸鈣水泥、釩土水泥或普通民用水泥。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于：該窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了運(yùn)行中隔離開關(guān)狀態(tài)的在線評估，解決了之前隔離開關(guān)狀態(tài)只能斷電檢測、無法及時獲取故障信息、預(yù)警具有滯后性等問題。尤其是本發(fā)明通過在線監(jiān)測隔離開關(guān)觸頭溫升、流過電流及其燃燒狀態(tài)的檢測，對過載和接觸電阻增大這兩種故障狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分，便于安排檢修和安全供電方案。

本發(fā)明采用金屬底座的配方制備的金屬底座由于含有鉻、鉬、鎳金屬，因此具有內(nèi)高溫的特性，且添加鎢可增強(qiáng)金屬底座耐磨損性，添加錳可增加底座的韌性，本發(fā)明的燒嘴磚，其金屬底座耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化，經(jīng)久耐用。耐火內(nèi)膽耐高溫，成本低。保護(hù)套由莫來石制成，不易膨脹變形，可耐受1500℃的工作溫度，滿足窯爐多種工業(yè)需求。耐火內(nèi)膽和保護(hù)套之間的耐火纖維可起到固定保護(hù)套的作用，無需任何螺栓、螺釘即可實現(xiàn)保護(hù)套的固定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1系統(tǒng)中微處理器模塊電路圖；

圖3是圖1系統(tǒng)中電流信號調(diào)理模塊電路圖；

圖4是圖1系統(tǒng)中頻率跟蹤模塊電路圖；

圖5是圖1系統(tǒng)中燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊電路圖；

圖6是圖1系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊電路圖；

圖7是圖1系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲模塊電路圖；

圖8是圖1系統(tǒng)中rs485擴(kuò)展口電路；

圖9是本發(fā)明窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)中燒嘴轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)由一個三相電流互感器、三個燃燒工況傳感器、三個紅外溫度傳感器、電流信號調(diào)理模塊、燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊、頻率跟蹤模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通信模塊和顯示模塊構(gòu)成。紅外溫度傳感器獲取隔離開關(guān)觸頭的溫升信號，電流互感器獲取流過隔離開關(guān)的電流信號，燃燒工況傳感器獲取隔離開關(guān)觸頭的燃燒狀態(tài)；燃燒工況傳傳感器通過單路信號線與燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊的輸入端口相連，燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊的輸出端口與微處理模塊的ad轉(zhuǎn)換口相連；每相電流互感器通過兩條信號線與電流信號調(diào)理模塊相連，電流信號調(diào)理模塊和紅外溫度傳感器通過單總線與數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端口相連接，數(shù)據(jù)采集模塊通過地址接口和數(shù)據(jù)接口與微處理器相連；頻率跟蹤電路輸入端與調(diào)理電路的一輸出端相連，輸出端和微處理器相連；微處理器通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與存儲模塊相連；通信模塊通過gpiob口與微處理器相連；顯示模塊通過rx485與微處理器的異步串行接口相連。

所述的紅外溫度傳感器基于物體輻射紅外線的原理，通過光學(xué)裝置收集物體輻射的紅外能量，然后通過熱敏材料將紅外能量轉(zhuǎn)換為熱能，并根據(jù)熱敏材料本身的熱電效應(yīng)，將熱能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，屬于非接觸式測溫技術(shù)。本發(fā)明選用irtp-300l紅外溫度傳感器，輸出為0～5v直流電壓，根據(jù)測量范圍和溫度傳感器的距離系數(shù)，將其固定在對準(zhǔn)隔離開關(guān)觸頭的位置即可，輸出端直接與數(shù)據(jù)采集模塊的ch0、ch1、ch2三個輸入口相連接。

所述的電流互感器一次側(cè)串聯(lián)在高壓配電裝置的主回路中，輸出端通過六路信號線與電流信號調(diào)理模塊的3對輸入端ia+、ia-、ib+、ib-、ic+、ic-相連。

所述的振動傳感器，是將燃燒狀態(tài)按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的-4v到-20v的電壓信號并與燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊的輸入端ina、inb、inc相連?？紤]本發(fā)明的高電壓大電流的應(yīng)用環(huán)境，選用wd202型電渦流振動傳感器，實現(xiàn)非接觸振動測量，安裝時需對準(zhǔn)隔離開關(guān)觸頭。

所述的電流信號調(diào)理模塊，如圖3所示，用于對輸入的電流信號進(jìn)行處理，適應(yīng)數(shù)據(jù)采集模塊的要求，由于三相電流信號的調(diào)理電路相同，所以只給出其中一相的具體電路圖。以a相為例，電流互感器輸出的電流信號通過ia+、ia-與運(yùn)算放大器u4a相連，反接的二極管d1、d2起到保護(hù)理想運(yùn)放的作用，電阻r2為反饋電阻，通過調(diào)節(jié)r2可以改變u4a輸出電壓的大小，r3和電容c20用來補(bǔ)償相移；運(yùn)算放大器u5a、電阻r4、r5、r6和電容c21、c22構(gòu)成了低通抗混疊濾波器，有效濾除高次諧波；調(diào)理后的信號送至數(shù)據(jù)采集模塊u3的輸入端口ia；

所述的頻率跟蹤模塊，如圖4所示，由鎖相環(huán)芯片u6和分頻芯片u7組成，鎖相環(huán)芯片u6選用cd4046，分頻芯片u7選用cd4040。模塊的輸入端與c相信號調(diào)理模塊輸出端ic相連，輸入信號進(jìn)入鎖相環(huán)芯片u6的相位比較器，通過r8、r9、c24、及q8的控制，鎖相環(huán)芯片u6的3腳的信號頻率與原輸入信號頻率相同。鎖相環(huán)芯片u6的4管腳產(chǎn)生一個256倍頻信號送至分頻芯片u7的10管腳clk，u7的9管腳q1與微處理器u1的cap1端口相連，驅(qū)動交流信號完成每周期128點的采樣功能。

所述的燃燒狀態(tài)調(diào)理模塊，如圖5所示，用于將燃燒工況傳傳感器輸出信號調(diào)理為微處理器可以處理的范圍。由于三個燃燒工況傳傳感器的調(diào)理模塊原理一致，這里選擇a相燃燒狀態(tài)為例敘述。首先將燃燒工況傳傳感器a輸出的-4v～-20v信號經(jīng)過運(yùn)放器u8a和電阻r11、r12、r13、r14組成的電平轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換到-12v～+12v之間；接著經(jīng)過運(yùn)放器u9a、電阻r15、r16、r17、r18、r19組成的電平提升電路將電壓信號調(diào)整至0～3v；最后經(jīng)過運(yùn)算放大器u10a、電阻r20和r21、電容c25和c26組成的低通濾波電路濾除高次諧波，經(jīng)電阻r22限流后送至微處理器模塊的adca0轉(zhuǎn)換口。

所述的數(shù)據(jù)采集模塊，如圖6所示，用來將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采集模塊u3為maxim公司的8通道a/d轉(zhuǎn)換芯片max1308，a/d轉(zhuǎn)換芯片輸出端通過12位數(shù)據(jù)總線與微處理器u1相連，片選端口cs與微處理器的gpioa1口相連接，控制端口clk、cs、wr、rod、eoc分別通過控制線與微處理器u1的mclka、cs、xwe、xrd、xint1相連接。

所述的微處理器模塊，如圖2所示，微處理器u1采用ti公司生產(chǎn)的32位定點高性能tdsf2812dsp，其電壓等級為3.3v，與單片機(jī)相比，具有更高的運(yùn)算速度，通用io口多等特點，可以更高效、準(zhǔn)確地完成工作。u1的端口x1、x2和晶振源y1相連，按鍵s1與xrs相連起到對整個系統(tǒng)復(fù)位的功能，adcrefm和adcrefp經(jīng)電容c1、c2接地。微處理器u1固化了隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測程序，包括系統(tǒng)初始化程序、溫升、電流和燃燒狀態(tài)采集及其a/d轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、通信子程序和顯示子程序。

所述的數(shù)據(jù)存儲模塊用來存儲采集到的溫升信號、電流信號及燃燒狀態(tài)，如圖7所示，采用issi公司的is61lv51216存儲芯片u2，u2通過19位的地址線、16位的數(shù)據(jù)線分別與微處理器模塊的地址線和數(shù)據(jù)線相連，u2的3條片選及讀寫控制端口ce、we、oe分別與微處理器的xcs6、xr/w、xrd的三個端口相連。

所述的通信模塊用于輸入隔離開關(guān)的額定參數(shù)和保護(hù)極限參數(shù)，是無線通信模塊，用于與遠(yuǎn)端計算機(jī)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交換，無線通信模塊的一端與+3.3v電源相連，另一端通過單總線分別與微處理器的gpiobo、gpiob1、gpiob2、gpiob3四個通用io口之一相連。

所述的顯示模塊是西門子液晶顯示屏，通過如圖8所示的rs-485電平轉(zhuǎn)換芯片u12的6、7端口相連，而電平轉(zhuǎn)換芯片1、4端口通過信號線與微處理器u1的異步串行接口scitxda、scirxda相連接，2、3端口通過反相器u11a與u12微處理器gpioa0口線連接。

由圖9可知，本發(fā)明在所述系統(tǒng)還設(shè)有工業(yè)窯爐用的燒嘴磚，所述燒嘴磚包括金屬底座1、耐火內(nèi)膽2和保護(hù)套3。金屬底座1與耐火內(nèi)膽2相連，中心相通，金屬底座1上有放置燒嘴槍的燒嘴槍入口5，以及安放火花塞的火花塞接嘴6，可噴出火焰至爐膛內(nèi)部。保護(hù)套3套在耐火內(nèi)膽2外側(cè)用于保護(hù)內(nèi)膽，耐火內(nèi)膽2和保護(hù)套3之間是耐火纖維紙4。

金屬底座1包含如下重量份數(shù)的組份：鉻20份，鋁15份，鎳20份，鎢5份，錳40份。上述組份在1400～1500℃下熔煉澆鑄成型。

耐火內(nèi)膽2包含如下重量份數(shù)的組份：莫來石40份，硅4份，氧化鋁25份，剛玉粉25份，氧化鋁水泥6份。將上述組份分別粉碎至粉末狀，攪拌混合均勻后澆鑄成型。

保護(hù)套3材料為莫來石。

金屬底座1和耐火內(nèi)膽2連接好后，在耐火內(nèi)膽2外側(cè)裹上耐火纖維紙4，再把保護(hù)套3套在耐火纖維紙4外側(cè)，通過耐火纖維紙自身的膨脹作用，即可實現(xiàn)保護(hù)套3的固定，無需使用螺栓螺釘固定。

本發(fā)明實施上述一種窯爐用配電隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其積極效果在于能夠通過采集到的溫度信號、電流信號和燃燒狀態(tài)對隔離開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)做出全面分析，便于安排檢修方案并確保供電安全。監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行前，首先輸入隔離開關(guān)的額定電流、溫升預(yù)警門限值以及接觸不良引起的燃燒狀態(tài)門限值，運(yùn)行后實時監(jiān)測三個參量的變化。當(dāng)微處理器檢測到燃燒狀態(tài)大于2mm且溫度信號超過80℃，顯示屏?xí)崾尽案綦x開關(guān)接觸電阻增大”，這時即便隔離開關(guān)處于小電流輕載運(yùn)行狀態(tài)，都應(yīng)立即斷電檢修，避免負(fù)載增加引發(fā)火災(zāi)事故。當(dāng)微處理檢測的溫度信號超過80℃并且電流信號接近額定值，而振動信號低于0.6mm，顯示屏?xí)崾尽案綦x開關(guān)過載運(yùn)行”，長期過載應(yīng)通過分散低壓側(cè)負(fù)荷或選取更大容量的隔離開關(guān)來確保供電安全，杜絕重大事故的發(fā)生。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。